• Computers and Concrete
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• 제14권1호
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• pp.1-18
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• 2014

The addition of steel fibers in concrete mixture is recognized as a non-conventional mass reinforcement scheme that improves the torsional, flexural, and shear behavior of structural members. However, the analysis of fiber reinforced concrete beams under combined torsion, bending, and shear is limited because of the complicated nature of the problem. Therefore, nonlinear 3D finite element analysis was conducted using the "ANSYS CivilFEM" program to investigate the behavior of fiber reinforced concrete L-beams. These beams were tested at different reinforcement schemes and loading conditions. The reinforcement case parameters were set as follows: reinforced with longitudinal reinforcement only and reinforced with steel bars and stirrups. All beams were tested under two different combined loading conditions, namely, torsion-to-shear ratio (T/V) = 545 mm (high eccentricity) and T/V = 145 mm (low eccentricity). Eight intermediate L-beams were constructed and tested in a laboratory under combined torsion, bending, and shear to validate the finite element model. Comparisons with the experimental data reveal that the program can accurately predict the behavior of L-beams under different reinforcement cases and combined loading ratios. The ANSYS model accurately predicted the loads and deformations for various types of reinforcements in L-beams and captured the concrete strains of these beams.

• Computers and Concrete
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• 제25권4호
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• pp.355-367
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• 2020

This paper proposed a numerical investigation based on finite elements analysis (FEA) in order to study the punching shear behavior of reinforced concrete (RC) flat slabs using ABAQUS and SAP2000 programs. Firstly, the concrete and the steel reinforcements were modeled by hexahedral 3D solid and linear elements respectively, and the nonlinearity of the used materials was considered. In order to validate this model, experimental results considered in literature were compared with the proposed FE model. After validation, a parametric study was performed. The parameters include the slab thickness, the flexure reinforcement ratios and the axial membrane loads. Then, to reduce the time of FEA, a simplified modelling using 3D layered shell element and shear hinge concept was also induced. The effect of the footings settlement was studied using the proposed simplified nonlinear model as a case study. Results of numerical models showed that increase of the slab thickness by 185.7% enhanced the ultimate load by 439.1%, accompanied with a brittle punching failure. The punching failure occurred in one of the tested specimens when the tensile reinforcement ratio increased more than 0.65% and the punching capacity improved with increasing the horizontal flexural reinforcement; it decreased by 30% with the settlement of the outer footings.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.795-802
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• 2007

최근 탄소섬유를 보강재로 사용한 구조 부재의 휨 거동에 관한 많은 연구가 진행되어 왔으나, 대부분의 연구는 FRP를 이용한 설계법의 개발과 구조 성능 평가에 초점이 맞추어져 있기 때문에 장기적으로 보강재 또는 부착 상태의 변화에 따른 구조 성능 변화 등과 같은 현상을 반영하기에는 아직까지 부족한 점이 있다. 이에 따라 현재까지 보강된 FRP의 성능 저하에 따른 구조물의 구조 내력 저하에 대하여 구체적인 방안이 제시되기 위해서는 많은 사례 조사와 물성 변화를 고려한 구조물의 거동 특성 변화에 대한 지속적인 연구가 요망된다. 본 연구에서는 시간에 따라 저하되는 부착률의 변화에 따른 구조 성능의 변화를 관찰하고자, CFS의 부착률 변화와 부착 형태의 차이에 의한 거동 차이를 실험을 통해 밝히고, 기존 제안식을 이용하여 부착률과 부착 형태 차이에 따른 구조 성능 변화를 예측함으로써 CFS로 보강된 이후 부착률이 저하된 경우에 대한 거동 특성 평가방안을 제시하였다. 또한, 비선형 단면 해석을 통하여 실험 결과와 비교 검토하여 적정 해석 방법을 제시하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권2호
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• pp.231-237
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• 2008

복합 구조 형식인 PSC-강 혼합 거더는 신형식 구조로서 비대칭 경간 구조물이나 장대교량에 적용될 수 있다. 본 연구에서는 매입길이, 보강철근, 스터드, 프리스트레스 힘 등을 변수로 총 14개의 실험체를 제작하여 혼합 거더의 접합부 거동을 분석하고자 하였다. 모든 실험체는 보강철근, 스터드, 강판 등의 순서로 기능을 손실하면서 파괴되었다. 실험 결과에 의하면 접합부의 성능에는 스터드 배치와 보강철근에 비해 프리스트레싱 힘이 상대적으로 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 이와 함께 매입길이에 비하여 스터드의 배치가 접합부 성능에 보다 중요한 역할을 하는 것으로 평가되었다. 실험적 연구와 함께 슬립을 고려한 3차원 비선형해석을 수행하였다. 경계면의 거동은 인터페이스 요소와 슬립 물성을 통하여 완전 합성, 부분합성, 비합성으로 분석할 수 있는데 혼합 거더의 접합부 설계에 따른 경계면 거동을 해석과 실험 결과를 통하여 분석하였다. 특히, 스터드 전단연결재가 적용된 혼합 거더는 극한하중 단계에서 부분합성 거동을 나타내며 보강 철근 또한 혼합 거더의 극한강도 증진에 기여하는 것으로 분석되었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제21권4호
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• pp.1-12
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• 2017

본 연구에서는 휨을 받는 압축강도 80 MPa 수준의 고강도 콘크리트 부재의 구조거동 실험 연구를 수행하였다. 실험변수는 보통(SD 400) 및 고강도(SD 600)철근, 0.98~1.58%의 종방향 철근비, $200{\times}250$, $200{\times}300mm$의 단면크기를 고려하였다. 9개의 보 부재를 제작하여 휨 실험을 수행하였으며 극한휨강도, 하중-처짐 관계, 균열 형태, 파괴형상 및 연성을 파악하였다. 실험결과는 철근비가 증가함에 따라 휨강도는 증가하고 연성은 감소한다. 또한, 철근비가 증가함에 따라 균열의 개수가 증가하며 균열폭은 감소하는 경향을 나타내었다. 철근의 강도 등급에 따른 하중-균열폭 관계는 뚜렷한 차이를 나타내지 않는다. 콘크리트 비선형거동 해석을 수행하였으며, 극한하중 예측값과 측정값을 비교하였다. 고강도 콘크리트의 휨거동 예측 결과는 실험부재의 휨강도를 전반적으로 과소평가하고 있다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제21권1호
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• pp.1-8
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• 2017

형상비(M/VD, shear span-depth ratio)가 4.5인 축소모형의 원형기둥 실험체 3개를 제작하였다. 철근콘크리트 기둥 실험체의 단면은 원형이고 중공단면으로 제작되었다. 철근콘크리트 기둥 실험체의 단면 지름은 400 mm, 중공 지름은 200 mm이다. 일정한 축력 하에서 반복하중을 가력하는 준정적 실험을 수행하였다. 실험체의 주요변수는 횡방향철근비이다. 모든 실험체의 횡방향 나선철근 체적비는 소성힌지 구간에서 0.302~0.604%의 값을 갖는다. 이 값은 도로교설계기준에서 요구하는 최소 심부구속철근 요구량의 45.9~91.8%에 해당하며, 이는 내진 설계가 되지 않은 기존 교각이나 내진설계개념으로 설계되는 교각을 나타낸다. 본 연구의 최종목적은 실험적 기초자료의 제공과 함께 성능단계별 균열거동, 하중-변위 이력곡선, 에너지 소산 능력, 등가점성감쇠비, 잔류변형, 유효강성 등 내진성능의 정량적 수치와 경향을 제공하기 위한 것이다. 본 논문에서는 실험결과를 통해 분석된 실험변수에 따른 실험결과들을 공칭강도, 비선형 모멘트-곡률 해석 결과, AASHTO LRFD 및 도로교설계기준(한계상태설계법)과 같은 기준들과 비교하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제24권6호
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• pp.617-627
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• 2011

본 논문은 기 수행된 1:5축소 10층 RC 공동주택의 지진모의 실험결과에 비추어 근래 개발된 PERFORM-3D를 이용하여 해석적 모사를 시도하였다. 해석과 실험의 상관관계 분석에 의해 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) 재현주기 50년 지진에 대해 실험과 해석이 매우 유사한 탄성거동을 보였다. 반면 우리나라의 설계지진과 최대지진에 대해서는 비선형 거동을 보이긴 하지만 실험의 최대응답과 강성 및 강도 저하를 제대로 모사하지 못하였다. 이의 주된 이유는 슬라브 거동을 탄성으로 가정하였기 때문이라고 판단된다. (2) 탄성영역 거동에 대해 해석모델이 전체 거동을 비교적 잘 모사하는 반면, 벽체 상호간에 걸친 힘의 분포에 있어서 실험과 상당한 차이를 보여주었다. (3) 최대지진에서 벽체의 전단변형은 비교적 잘 모사한 반면 휨변형의 경우 10배정도 과장되었다. 이는 일부 해석모델에서 인방보를 무시한 결과로 추정된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제29권2호
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• pp.99-110
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• 2017

본 연구는 부유식 구조물의 위치 제어를 위한 계류 체인 링크의 휨 거동에 대해 다룬다. 일반적으로 체인 구조는 링크 간 연결조건에 따라 축력만 전달하는 구조체로 인식되었다. 그러나 체인에 강한 인장력이 작용할 때, 접촉하는 두 링크 간의 마찰력에 의해 휨 강성이 도입되게 된다. 특히, 부유식 플랫폼의 계류선은 강한 인장력이 유지되는데, 물리적으로는 긴장 상태에 있는 체인 링크 간 접촉면에 마찰특성에 의해 휨 강성이 도입되면 환경하중을 받는 플랫폼에 회전 운동이 발생할 때, 계류선에도 회전 변위를 일으키고 이는 결과적으로 설계 시 고려하지 못한 휨모멘트 및 휨응력이 체인에 작용하게 된다. 실제 2005년 Girrasol Buoy 플랫폼의 해상 설치 후 5개월 만에 파손된 계류 체인의 사고 조사 시 주요 원인으로 이러한 휨 거동에 의한 부가 피로손상 누적이 지적되었다. 본 연구에서는 비선형 유한요소해석을 통해 긴장상태에 있는 체인에 도입되는 휨 강성 및 휨 응력의 특성에 대해 분석한다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권5호
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• pp.599-609
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• 2009

2층 규모의 철근콘트리트조 및 포스트텐션조 무량판구조를 1/3 스케일로 축소하여 제작한 실험체의 진동대 실험 결과를 바탕으로 무량판구조의 모델링 기법을 향상하고자 하는 연구를 수행하였다. 이 연구에서 적용한 모델링 방법은 슬래브의 휨모멘트에 의한 휨파괴, 불균형모멘트의 전달에 의한 휨파괴 및 펀칭전단파괴에 의한 슬래브-기둥 접합부의 모멘트 전달능력 상실등의 영향을 반영하는 매우 포괄적인 구조해석 방식이다. 펀칭전단파괴에 대해서는 중력비와 층간변위각에 기초한 한계상태 모델이 적용되었다. 이 논문에서 제안된 비선형 모델은 무량판구조의 진동대 실험 결과와 잘 부합하는 것으로 나타났다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제67권6호
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• pp.629-641
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• 2018

The paper describes the development of a two-dimensional (2D) co-rotational nonlinear beam finite element that includes advanced path-following capabilities for detecting bifurcation instability in elasto-plasticity of steel elements subjected to fire without introducing imperfections. The advantage is twofold: i) no need to assume the magnitude of the imperfections and consequent reduction of the model complexity; ii) the presence of possible critical points is checked at each converged time step based on the actual load and stiffness distribution in the structure that is affected by the temperature field in the elements. In this way, the buckling modes at elevated temperature, that may be different from the ones at ambient temperature, can be properly taken into account. Moreover, an improved displacement predictor for estimating the displacement field allowed significant reduction of the computational cost. A co-rotational framework was exploited for describing the beam kinematic. In order to highlight the potential practical implications of the developed finite element, a parametric analysis was performed to investigate how the beam element compares both with the EN1993-1-2 buckling curve and with experimental tests on axially compressed steel members. Validation against experimental data and numerical outcomes obtained with commercial software is thoroughly described.